ケーブルの撚り線 複数の個別の導体 (通常は銅線またはアルミニウム線) を螺旋状に撚り合わせて、同じ断面積の単一の単導体と比較して優れた柔軟性、導電性、機械的強度を実現する単一の統合ケーブル コアを形成する製造プロセスです。 送電、電気通信、自動車配線、航空宇宙、産業オートメーションにわたって使用されるケーブルの撚り線は、ケーブル製造における最も基本的かつ重要なステップの 1 つです。より線の仕組み、利用可能なパターン、および各構成がなぜ重要なのかを理解することは、エンジニア、調達マネージャー、および要求の厳しいアプリケーション向けにケーブルを指定する人にとって不可欠です。
ケーブルの撚り線はどのように機能しますか?
ケーブルの撚り合わせは、制御された螺旋パターンで中心軸の周りでワイヤを回転させる撚り機に複数の個別のワイヤを同時に供給することによって機能します。ピッチ長 (1 回の完全な撚りが生じる距離) は、目標の柔軟性、真円度、および電気的性能を達成するように正確に設計されています。
このプロセスは個々の伸線から始まり、ロッドストックが徐々に小さなダイスを通して引き出され、指定されたワイヤゲージに達します。これらのワイヤはボビンまたはペイオフ リールに装填され、撚り機に供給されます。撚り方法に応じて、機械は固定巻き取りリールの周りでボビンを回転させるか (遊星撚りまたは管状撚り)、アセンブリ全体が回転している間ボビンを静止させます (リジッドまたはクレードル撚り)。
ケーブル撚り線の品質を決定する主要なプロセスパラメータには次のものがあります。
- 撚り長さ（ピッチ）： 完全な螺旋 1 回転の軸方向の距離。より短い撚り長さは柔軟性を高めますが、各ワイヤの長さが長くなり、抵抗がわずかに増加します。 IEC 60228 では、導体クラスごとに撚り線の長さの制限が規定されています。
- 敷設方向: ワイヤは右巻き (Z 撚り) または左巻き (S 撚り) 方向のいずれかに撚られます。多層ケーブルでは、連続する層で S 方向と Z 方向を交互に配置することで、ほつれや内部応力の蓄積を防ぎます。
- ワイヤー数: より線ケーブルは、7、19、37、61、91 ワイヤの幾何学的パッキング シーケンスに従い、丸ワイヤの完全な六角形パッキングと予測可能な断面積を可能にします。
- 圧縮率: 撚り合わせた後、圧縮ダイまたはローラー プレスで外径を 5 ～ 15% 縮小することができ、充填率が向上し、断熱材の要件が軽減されます。
どのケーブル撚り線構成が最も広く使用されていますか?
最も広く使用されているケーブル撚り構成は、同心撚り、束撚り、ロープ撚り、扇形撚りであり、それぞれ柔軟性、直径、製造の容易さの異なるバランスに合わせて最適化されています。
1.同心撚り
同心撚りは、電力ケーブルの製造において最も一般的な構成であり、六角形のパッキング配置の連続するワイヤー層で囲まれた中心ワイヤーで構成されます。 レイヤーを追加するたびに、ワイヤ数が 6 ずつ増加します。7 ワイヤ ストランド (1 センター 6)、19 ワイヤ ストランド (1 6 12)、37 ワイヤ ストランド (1 6 12 18) などとなります。同心撚りは、予測可能な電気特性を備えた丸くて機械的に安定したケーブルを生成し、IEC 60228 クラス 1 および 2 で指定されています。これは、配電ケーブル、建築用電線、架空送電線の標準的な選択肢です。
2. 束の座礁
束撚りでは、幾何学的配置を行わずにすべてのワイヤを同じ方向に同時に撚り、断面の不均一性を犠牲にして最も柔軟な撚り線を生成します。 ワイヤには固定された幾何学的位置がないため、束より線ケーブルは最大限の柔軟性を実現し、ポータブル コード、家電配線、オーディオ ケーブル、および細線計装ケーブルに推奨される選択肢です。 IEC 60228 クラス 5 およびクラス 6 の導体は通常、束より線であり、クラス 6 では、超柔軟なアプリケーション向けに、より細い個々のワイヤ直径 (最小 0.05 mm) が使用されます。
3. ロープの撚り合わせ
ロープ撚りでは、複数の予め撚り合わせたサブ導体 (「ストランド」または「グループ」と呼ばれる) を 2 回目の撚り操作で一緒に組み立て、非常に大きな断面積に適した大径で柔軟性の高い導体を作成します。 この構成は、非常に高い通電容量と動的曲げ疲労に対する耐性の両方が必要とされる、300 mm² を超える大型電力ケーブル、溶接ケーブル、鉱山ケーブル、および海洋アンビリカルの標準です。ロープより線導体には、数百または数千の個別のワイヤが含まれる場合があります。
4. セクター座礁
セクター撚りでは、撚り線導体を円形ではなく扇形 (パイスライス) 断面に成形するため、同じ断面の円形導体と比較して、ケーブル全体の直径が大幅に小さい 3 芯または 4 芯のケーブルを組み立てることができます。 扇形の導体を使用した 3 芯ケーブルは、通常、外径の縮小を実現します。 10～15% 円形導体と比較して、外装、外装、設置導管の材料コストを直接削減します。セクター撚りは、中電圧配電ケーブルの標準です。
ケーブル撚り線構成の比較
| 構成 | 柔軟性 | 断面均一性 | 代表的な IEC クラス | 主な用途 |
| 同心円状 | 低～中 | 素晴らしい | クラス1、2 | 配電、建築用電線 |
| 束 | 非常に高い | フェア | クラス5、6 | ポータブルコード、家電製品、オーディオ |
| ロープ | 高 | 良い | クラス5、6 | 溶接、採掘、海洋ケーブル |
| セクター | 低～中 | 良い (non-round) | クラス2 | 高圧多芯電源ケーブル |
表 1: 柔軟性、断面均一性、IEC 60228 導体クラス、および一般的な用途による 4 つの主要なケーブル撚り構成の比較。
ケーブルの撚り線が重要な理由: 単線導体と撚り線導体
より線導体は、事実上あらゆる動的用途において単線導体より優れた性能を発揮します。これは、より線ケーブル内の個々のワイヤが曲げ中に相互にスライドし、断面全体に機械的応力を分散させ、単線導体をすぐに破壊してしまう疲労破壊を防ぐためです。
固体導体が繰り返し曲げられると、すべての曲げ応力が外側の 1 本の繊維に集中し、加工硬化と最終的には疲労亀裂が発生します。このプロセスはわずか 1 回で発生する可能性があります。 1,000 ～ 5,000 フレックス サイクル 直径 1.5 mm の固体銅導体の場合。同じ断面の 7 芯同心撚り導体は、 50,000 ～ 200,000 フレックス サイクル 同等の条件下では、細線クラス 6 束より線導体は、 1,000万サイクル 最適化された構成で。
単線導体をより線にすることには、次のような追加の利点もあります。
- 高周波における表皮効果の低減: 数キロヘルツを超える周波数では、電流が導体の外表面に集中し (表皮効果)、実効抵抗が増加します。撚り線ケーブルでは、個々のワイヤの半径が小さくなり、周波数とワイヤのゲージに応じて表皮効果損失が 5 ～ 30% 減少します。
- より簡単なインストール: より線ケーブルは、電線管、角の周り、および固体導体が座屈したりねじれたりするような狭いスペースを通って配線することができます。
- フォールトトレランス: より線導体の 1 本のワイヤが断線しても、残りのワイヤは電流を流し続けるため、単線導体と比較して、突然完全に故障するリスクが軽減されます。
- 終端圧縮の向上: より線導体は、圧着端子内でより均一に圧縮および変形し、同等の断面積の単線導体よりも抵抗が低く、信頼性の高い電気接続を実現します。
| プロパティ | 固体導体 | 撚線導体 |
| 柔軟性 | 低い | 中程度から非常に高い (クラス別) |
| フレックスサイクル寿命 | 1,000～5,000サイクル | 50,000～10,000,000サイクル |
| 直流抵抗 | わずかに低い | わずかに高い (1 ～ 3%) |
| 表皮効果の損失 | 高er at AC/HF | 低いer (smaller individual wire radius) |
| 設置の容易さ | 中程度（硬い） | 簡単（曲げられる） |
| 製造コスト | 低いer | やや高め |
| 圧着端子 | フェア | 素晴らしい |
表 2: 主要な電気的および機械的特性における単線導体と撚線導体の並べて比較。
IEC 60228 によるケーブルの撚り線の分類方法
IEC 60228 は、より線導体の分類を管理する主要な国際規格であり、個々のワイヤの数と直径に基づいて 6 つの導体クラスを定義しており、クラス番号が大きいほど柔軟性が高く、個々のワイヤのゲージがより細かいことを示します。
- クラス 1 (ソリッド): 単一の固体導体。設置後に曲がりが発生しない電線管内または埋設施設への固定設置に使用されます。
- クラス 2 (より線、固定設置): 比較的大きな個々のワイヤを同心円状に撚り合わせたもの。建物、変電所、地中配電などの固定電源配線に使用されます。
- クラス 3 (柔軟、限定使用): 最新の仕様ではあまり参照されていません。中程度の柔軟性。
- クラス 4 (フレキシブル): クラス 2 よりも多くの細いワイヤーを撚り合わせたもの。サービス中に時々移動するケーブルに適しています。
- クラス 5 (柔軟、ポータブル): 細線より線なので、頻繁に屈曲する携帯工具、延長コード、工作機械の配線に適しています。
- クラス 6 (非常に柔軟): 非常に細い個々のワイヤー (直径 0.05 mm ほど)。連続的な動的屈曲、ロボット ケーブル、ドラッグ チェーン、および超柔軟な特殊用途向けに設計されています。
生産ではどのような撚り機と技術が使用されていますか?
現代のケーブル撚り線は、チューブ状撚線機、遊星撚線機、リジッド（フレーム）撚線機、およびスキップ・ストランダという 4 つの主要な機械タイプに依存しており、それぞれが特定の導体サイズ、撚線パターン、生産速度に適しています。
チューブラーストランダー
管状撚線機は、細線および中線の撚線に最も一般的な機械タイプで、小さな導体の場合は毎分最大 2,000 メートルの生産速度が可能です。 ワイヤボビンは回転チューブの内側に取り付けられており、チューブの回転によって出力導体にねじれが与えられます。管状撚り機は、最大約 150 mm² の導体の同心撚りおよび束撚りに適しています。
プラネタリー・ストトランダーズ
プラネタリーストランダは、キャリアフレームが中心軸を中心に回転しながらワイヤボビンを水平（非回転）に保ち、高速回転できない大型で重いリールの撚り合わせを可能にします。 これらは、架空送電線、海底ケーブル、および大型産業用電力ケーブルで使用される大断面積導体 (185 mm² ～ 2,500 mm²) の標準です。遊星ストランダーは通常 30 ～ 150 rpm で動作し、50 ～ 1,500 mm の撚り長さを生成します。
リジッド (フレーム) ストランダー
リジッドストランドは巻き取りスプールとフレーム全体の両方を回転させ、より線の長さと方向を非常に正確に制御できるため、電気的均一性が重要な特殊な通信ケーブル、データケーブル、同軸中心導体に推奨されます。
スキップ・ストトランダーズ
マルチツイストまたは SZ ストランダーとも呼ばれるスキップ ストランダーは、ツイスト方向を一方向に連続的に行うのではなく、周期的に交互に変える (SZ ツイスト) ため、下流の重い機器を回転させる必要なく、スクリーン塗布、充填、被覆などのインライン操作が可能になります。 SZ 撚り線は、現代の高速データ ケーブルおよび光ファイバー ケーブルの製造において主要な技術となっており、生産ラインの統合と光ファイバーの丁寧な取り扱いが不可欠です。
ケーブル撚り線において撚り長さとピッチ角が重要な理由
撚り長さは、柔軟性、DC 抵抗、引張強度、ケーブル直径の間のトレードオフを直接制御するため、ケーブル撚りエンジニアリングにおいておそらく最も重要な変数です。
より短い撚り長さは、各ワイヤがより緊密な螺旋をたどることを意味し、これは次のとおりです。
- ケーブル長の単位あたりのワイヤ長が増加します。通常、導体の実効 DC 抵抗が増加します。 1～3% 理論上の断面積との比較。
- 柔軟性と耐屈曲疲労性が向上します。
- ワイヤ間のインターロックによる引張強度の寄与が増加します。
- ケーブルの外径がわずかに大きくなり、より多くの絶縁材が必要になります。
逆に、より長い撚り長さは抵抗と直径を減少させますが、剛性を増加させ、曲げ応力を分散するワイヤの能力を減少させます。 IEC 60228 では、最大撚り線長を撚線導体の直径の倍数として指定しています。たとえば、クラス 2 導体の場合、撚り線の長さは次の値を超えてはなりません。 外径の16倍 導体層の。
多層同心撚りでは、通常、連続する各層の撚り長さは次のように設定されます。 1.2～1.5倍 内層のねじれ角を層間で一定に維持し、ケーブルが真円を保ち、圧縮下での裂けに抵抗することを保証します。
ケーブル撚り線が主要産業全体にどのように適用されるか
ケーブルの撚り線の仕様は業界によって大きく異なり、各分野ではワイヤの直径、撚り長さ、材料の純度、導体の形状に対する独自の要件が定められています。
送配電
ACSR (アルミニウム導体鋼強化) などの架空送電導体は、引張強度を高めるために鋼芯を使用し、導電性を高めるために外側のアルミニウム層を備えた同心ケーブル撚り線を使用します。一般的な 400 kV ACSR 導体には次のものが含まれる場合があります。 アルミワイヤー54本 7 線鋼コアの周囲に 3 つの同心円状の層で撚り合わされ、各層が交互の方向に撚り合わされています。スチールコアは 100 ～ 200 kN の引張強度を提供し、アルミニウムの外層が大部分の電流を運びます。
自動車配線
自動車ケーブルは、10 年を超える車両の耐用年数にわたって、振動、油への曝露、および -40°C から 125°C までの温度サイクルに耐える必要があります。 0.35 mm² ～ 4 mm² の範囲の細線束および同心撚り銅導体が標準であり、個々のワイヤ直径は次のとおりです。 0.1～0.25mm 。電気自動車への移行により、バッテリー、インバーター、モーター接続用の高電圧ケーブルより線が大幅に増加しており、35 ～ 240 mm² の断面積と柔軟なクラス 5 またはクラス 6 導体の仕様がますます増えています。
データと通信
データ ケーブルでは、個々のツイスト ペアのケーブルをより合わせることで、クロストークと電磁干渉が制御されます。 Cat6A または Cat8 イーサネット ケーブル内の各ペアは、固有の撚り長さ (撚り速度) で個別に撚られます。通常、 12mmと25mm 、そのため、ペアは整列せず、互いに誘導結合します。 TIA-568 および ISO/IEC 11801 で定義されているチャネル挿入損失とエイリアン クロストーク制限を満たすには、レイ長を公差 1 mm 以内に正確に制御することが不可欠です。
航空宇宙と防衛
航空宇宙ケーブルの撚り線は MIL-W-22759 および AS22759 規格に従っており、高温での酸化を防ぐために銀またはニッケルメッキの銅線が必要であり、軽量化のために個々のワイヤの極細ゲージ (0.05 ～ 0.1 mm) が指定されています。 260°C の連続使用に耐える定格の 20 AWG 航空宇宙ケーブルには、次のものが含まれる場合があります。 19 または 37 の銀メッキ銅線 同心撚り構成で、市販のケーブルでは実現できない耐熱性、柔軟性、重量の組み合わせを提供します。
ケーブルの撚り線に関するよくある質問
Q: ケーブルの撚り線は通電容量 (電流容量) に影響しますか?
より線導体の DC 抵抗は、同じ公称断面積の単線導体よりわずかに高く、計算された電流容量が約 1 ～ 3% 減少する可能性がありますが、この差はほとんどの実際のサイジング演習では無視できます。 IEC 60364 および NEC 310 のケーブル電流容量表は、撚線クラスに関係なく、公称導体断面積に基づいています。高周波 (10 kHz 以上) では、表皮効果が減少するため、撚り線導体は同じ面積の単線導体よりも実効抵抗が低くなり、パワー エレクトロニクスや高周波用途において撚り線ケーブルに明確な利点がもたらされます。
Q: 圧縮撚り線と圧縮撚り線の違いは何ですか?
圧縮撚りでは、最も外側のワイヤをわずかに平らにするクロージングダイに通すことにより、標準の同心撚り線の外径が約 3 ～ 5% 減少します。一方、圧縮撚りでは、より硬いダイまたはローラーセットを使用してワイヤをより大きく変形させ、直径を 8 ～ 15% 減少させ、ほぼ固体の外面を生成します。 圧縮された導体は、充填率が高く、絶縁材料の消費量が少なく、表面がわずかに滑らかであるため、押出成形の品質が向上し、中電圧および高電圧のケーブル製造で推奨されます。その代わりに、同じ断面の圧縮されていないストランドと比較して柔軟性が若干低下します。
Q: 一部のより線ケーブルでは銅ではなくアルミニウムが使用されているのはなぜですか?
アルミニウムより線導体は、架空送電線、大規模な地下電力ケーブル、および公共サービスの入口ケーブルに使用されます。これは、アルミニウムの重量が銅の約 3 分の 1 であるため、導電性が低いにもかかわらず、構造サポートのコストが大幅に削減されるためです。 アルミニウムの導体は、同じ電流を流すために銅の約 1.6 倍の断面積が必要ですが、軽量化 (銅の 8.9 g/cm3 に対してアルミニウムは 2.7 g/cm3) により、長スパンの架空設置では直径が大きくなるのは十分に正当です。アルミニウムより線には、接続点での電気腐食を防ぐために特別な終端コネクタと酸化防止剤も必要です。
Q: ケーブルの撚り線は電磁干渉 (EMI) シールドにどのような影響を与えますか?
ケーブルの撚り線 of the shield layer — whether braid, serve, or spiral — directly controls the shield's coverage percentage, transfer impedance, and frequency response, with braided shields typically providing 85–98% coverage and spiral (serve) shields providing near-100% optical coverage but lower high-frequency performance. 信号ケーブルでは、共振結合を防ぐために、シールドに対する内部導体の撚りピッチを慎重に調整する必要があります。電力ケーブルでは、同心ワイヤ スクリーンが長い撚り長さで撚り合わされ、絶縁スクリーンとの接触を最大限にし、同時にスクリーンの DC 抵抗を最小限に抑えます。
Q: 撚り線ケーブル導体に対してどのような品質テストが実施されますか?
ケーブル撚り線の品質検証には通常、IEC 60468 に基づく DC 抵抗測定、外径と撚り長さの寸法チェック、ワイヤ数の検証、IEC 60068-2-21 に基づく引張強度試験、および関連するケーブル規格に従った屈曲寿命試験が含まれます。 自動車用ケーブルの場合、追加のテストには、エンジン液、熱衝撃、振動疲労に対する耐性が含まれます。航空宇宙ケーブルの場合、表面メッキの厚さは蛍光 X 線 (XRF) 分析によって検証されます。高電圧ケーブル導体では、欠陥のない絶縁押出を保証し、電気応力集中点を防ぐために、導体の同心性と表面の平滑性が検証されます。
Q: ミリケン座礁とは何ですか?いつ使用されますか?
ミリケン撚りは、非常に大きな断面積の導体 (通常は 1,000 mm² 以上) にのみ使用される特殊なケーブル撚り技術で、導体が 5 または 6 つの個別に絶縁されたキーストーン形状のセグメントに分割され、それらが撚り合わされて完全な導体を形成し、電源周波数での表皮効果と近接効果による損失が大幅に低減されます。 ミリケン構造がなければ、1,200 mm² を超える単線導体または従来のロープより線導体は、50 Hz での DC 抵抗よりも 20 ～ 35% 高い AC 抵抗を受け、かなりのエネルギーを浪費します。ミリケン導体は、AC 損失を最小限に抑えることが経済的に重要な大型海底電力ケーブル、発電機母線、大容量地下送電ケーブルで標準となっています。
結論: アプリケーションに適したケーブル撚り線の選択
正しいケーブル撚り線構成を選択するには、次の 3 つの質問から始まります。使用中のケーブルにはどの程度の柔軟性が必要ですか? DC 抵抗、AC 損失、信号の完全性など、どのような電気的性能を達成する必要がありますか?また、ケーブルは耐用年数にわたってどのような機械的ストレスや環境ストレスにさらされるのでしょうか?
固定電力設備の場合、クラス 1 またはクラス 2 の同心撚り導体は、コストが最も低く、単位断面積あたりの導電率が最も高くなります。産業用機械、携帯工具、自動車用ハーネスの場合、クラス 5 細線より線は、アプリケーションの要求に応じた屈曲寿命と取り付けの容易さを実現します。大規模な送電インフラストラクチャの場合、セクター座礁、ミリケン建設、および ACSR 設計は、既製の構成では同時に達成できない、電流容量、機械的強度、および AC 損失管理の独自の組み合わせに対処します。
輸送、再生可能エネルギー、産業オートメーション全体で電化が加速するにつれて、ケーブル撚り線技術は進化し続けており、極細線伸線、高度な圧縮ツール、SZ撚り線の統合、バイオベースまたはリサイクル含有導体材料の革新により、撚り線ケーブルが提供できる限界を押し広げています。ケーブル撚り線の基本を理解することは、1 世紀以上前に最初の電信線が引かれて撚られたときと同様に、今日でも不可欠です。
